制冷机嵌入式智能控制器的开发

论文摘要

随着人民生活水平的提高,能源消耗也逐年上升,作为与人们生活密切相关的制冷空调行业的能耗占了很大比重,而制冷机是中央空调制冷系统的核心,占中央空调总用电量的40%左右,所以研制新型节能的制冷机控制平台具有较好的市场价值。本文以大型水冷制冷机为研究对象,以沈阳工业大学中央空调(HVAC)系统制冷机为实验平台,在对制冷系统的工作原理进行了详细分析的基础上,提出了一种模糊控制与PID控制相结合的制冷机过热度的智能控制算法,即根据制冷机的不同负荷,通过模糊策略来确定PID的参数,使制冷机过热度得到稳定有效的控制。基于此控制策略和以ARM920T为内核的三星S3C2410中央处理器的嵌入式系统开发平台,开发了一款嵌入式控制器。基于嵌入式Linux操作系统和Qt/Embedded软件平台,本文建立了制冷机嵌入式控制器的软件开发的交叉编译环境,对Linux内核裁剪与编译、根文件系统的建立、应用程序的设计等进行了详细的分析,编写了制冷机控制器软件的总体流程。在此基础上,完成了控制算法子程序、温度采样滤波子程序、步进电机驱动子程序,及图形用户界面(GUI)等制冷机控制器的嵌入式软件开发。通过上述嵌入式软件开发和控制策略的实现,使制冷机的智能控制器具有过热度的控制优化控制、触摸式过热度设定、实时过热度曲线显示、及系统报警和对电子膨胀阀状态进行监控的功能。为验证自行开发的控制器的实际应用效果,以沈阳工业大学中央空调(HVAC)系统实验平台为实际试验对象,进行测试,测试结果表明与传统PID相比,智能PID控制策略响应过程平稳,过热度的最大波动量小于4℃,实现了系统的节能运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 制冷系统控制的研究现状
• 1.3 制冷机的工作原理及节流装置的特性分析
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 嵌入式系统概述
• 2.1 嵌入式系统的定义
• 2.2 嵌入式系统特点
• 2.3 嵌入式系统的构成
• 2.3.1 硬件层
• 2.3.2 中间层
• 2.3.3 软件层
• 2.3.4 功能层
• 2.4 嵌入式处理器
• 2.5 嵌入式操作系统
• 2.6 嵌入式外围设备
• 2.7 嵌入式系统的应用领域
• 2.8 小结
• 第三章 制冷机控制系统设计及硬件平台组成
• 3.1 制冷机嵌入式控制系统的工作原理
• 3.2 制冷机控制策略
• 3.2.1 基本PID控制
• 3.2.2 智能PID控制
• 3.3 硬件平台的选型及构成
• 3.3.1 中央处理器
• 3.3.2 A/D转换
• 3.3.3 LCD
• 3.3.4 触摸屏
• 3.3.5 步进电机式电子膨胀阀
• 3.3.6 传感器
• 3.4 小结
• 第四章 制冷机嵌入式控制系统的软件开发
• 4.1 概述
• 4.2 建立交叉编译开发环境
• 4.2.1 IP配置
• 4.2.2 NFS系统服务配置
• 4.2.3 Samba系统服务配置
• 4.2.4 Minicom配置
• 4.2.5 交叉编译工具链的建立
• 4.3 搭建GUI开发软件Qt/Embedded平台
• 4.4 Linux内核的配置
• 4.5 Linux内核的编译
• 4.6 根文件系统的建立
• 4.7 应用程序的编写和实现
• 4.7.1 制冷机控制器软件的总体流程
• 4.7.2 温度采样滤波模块
• 4.7.3 控制算法模块
• 4.7.4 电子膨胀阀控制模块
• 4.7.5 图形用户界面设计
• 4.8 应用程序的交叉调试与交叉编译
• 4.9 系统下载和脱机运行
• 4.10 小结
• 第五章 系统测试
• 5.1 系统测试设备
• 5.2 测试方案、数据与结果分析
• 5.2.1 制冷机控制器静态品质
• 5.2.2 制冷机控制器动态品质
• 5.2.3 PID控制与智能PID控制的比较
• 5.3 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢